Bizim Yıldızımız

Çalışma konumuz neden Güneş ve onu, neden düzenli olarak gözlemliyoruz?

Güneş Dünya’daki yaşamın ısı ve ışık kaynağıdır. Saniyede 4.0x10E23 kilowatt enerji üreten mucizevi bir enerji makinasıdır. Bizler için çok önemli ve hayranlık uyandırıcıdır. Güneş nasıl çalışıyor, niçin değişiyor ve bu değişiklikler bizi nasıl etkiliyor bütün bunları bilmek ve anlamak isteriz. Güneş gençken ve Dünyamız da henüz soğumamışken daha sönük bir yıldızdı.

Güneşten gelen ışığın miktarı ve kalitesi milisaniyeden itibaren milyarlarca yıla uzanan süreç içinde değişim gösterir. Güneş çevrimi sürerken çevrimin maksimumunda toplam güneş ışınımındaki (total solar irradiance) değişim %0.1 civarında idi. Bu değişimlerin bazıları değişik şekillerde iklimi etkiler.

Güneş, saniyede 500 km den büyük hızlarla dünyaya doğru akan Güneş rüzgarının kaynağıdır.Güneş rüzgarı içindeki çalkantılar Dünya’nın manyetik alanını iter ve radyasyon kuşağının içine enerji pompalar.

Güneş yüzeyindeki parlama bölgelerinden yayılan ultraviyole ışınım ve x ışınımları Dünya’nın üst atmosferini ısıtır. Buna uzay havası (Space Weather) diyoruz bu uyduların yörüngelerini değiştirebilir Aşırı radyasyon uydulara fiziksel hasar verebilir, görev sürelerini kısaltabilir ve astronotları tehdit edebilir. İtilen manyetik alan enerji hatlarında akım dalgalanmalarına ,geniş bir alanda elektrik kesintilerine ve cihazların bozulmasına sebeb olabilir. İnsanoğlunun uydulara bağımlılığı arttıkça uzay havasının zararlarından korunmak için uzay havasını tahmin etme çalışmalarına ihtiyac duyulacaktır.

Güneş olmasaydı diğer yıldızlarında da lekeleri ve sıcak dış atmosferlerinin olduğu kolaylıkla anlaşılamazdı. Güneş diğer yıldızları anlamamız için bir anahtardır. Güneşin yaşını, yarıçapını, kütlesini ve ışınım gücünü (luminosity-brightness) biliyoruz, aynı zamanda onun iç kısmı ve atmosferleri ile ilgili detaylı bilgiye sahibiz. Bu bilgiler diğer yıldızları ve onların evrimlerini anlamamız açısından çok önemlidir. Evrende herhangi bir yerde meydana gelen birçok fiziksel süreç Güneş üzerinde detaylı bir şekilde incelenebilir. Bu yolla Güneş astronomisi bize yıldızlar, gezegen sistemleri, galaksiler ve evrenin kendisi hakkında çok şey öğretir.

Güneş’in astronomik evrenin tümünü anlamamızda çok önemli rolü vardır.Yüzeyini detaylı bir şekilde gösteren bize en yakın yıldızdır.

Güneş enerjisini iç kısmında-merkezinde (core) gerçekleşen nükleer füzyon sonucunda üretir. Güneş, merkezindeki hidrojenin füzyonu için, bu bölgedeki yoğunluktan ve yüksek sıcaklıktan yararlanır. Nükleer füzyon sırasında dört hidrojen çekirdeği bir helyum çekirdeği oluşturacak şekilde birleşir. Merkezde üretilen enerjinin, yüksek yoğunluk ve Güneş'in devasa boyutları nedeniyle yüzeye ulaşması için milyonlarca yıl geçmekte, bu süreç içerisinde sayısız soğurma ve yeniden ışınım mekanizmaları çalışmaktadır. Dünya da bu süreci amaca uygun olarak gerçekleştirmek için on yıllardır çalışılıyor. Bu konuda güçlü manyetik alanların içinde,yüksek sıcaklıklarda üretilmiş iyon ve elektron ihtiva eden sıcak plazmayı elde etmek için çaba sarf ediliyor. Güneş astronomisinin bir çoğunda benzer koşullarda oluştuğu anlaşılan ve gözlenen plazma vardır.

Güneş üzerinde gözlenen *aktif bölgelerin gelişimi, bu bölgelerde ortaya çıkan *Güneş lekeleri (Sunspots), *Güneş patlamaları (Solar Flares) ve patlamalarla ilişkili olaylar, *korona, koronal delikler (Coronal Holes), *koronal kütle atımları (Coronal Mass Ejections), *parçacık olayları (Solar Proton Events), *yüksek enerjili parçacıkları ortaya çıkaran fiziksel süreçler, *patlama oluşum kuramları, *geniş ölçekli magnetik alanlar, *Güneş çevrimleri ve uzun dönemli aktivite değişimleri, patlama olaylarının önceden tahmininde yararlı olacak *kısa dönemli aktivite değişimleri, *Güneş-Dünya etkileşmesi, bu doğal laboratuvarın Güneş fizikçilerine sunduğu çalışma konularının bir kısmıdır.

Bu alanda ve diğer alanlarda Güneş astronomları ile bilim araştırmacıları arasında etkileşimli çalışmalar devam edecektir.

Güneş üzerinde görülen en ilgi çekici olaylardan biri de Güneş lekeleridir. Güneş lekeleri Güneş yüzeyi üzerinde yoğunlaşan magnetik alanlardır. Siyah bölgeler olarak görülen bu lekeler geçici olaylardır. Orta büyüklükte bir Güneş lekesi aşağı yukarı dünya kadar büyüktür. Güneş üzerinde olUşan bu lekeler günler, hatta haftalar boyunca izlendikten sonra yok olurlar. Lekeler, şiddetli magnetik alanlar Güneş yüzeyinde belirdiğinde ortaya çıkarlar. Bulundukları alanın sıcaklığını 6000°C den 4200°C ye kadar düşürürler, bu nedenle lekenin bulunduğu alan çevresine göre daha koyu bir bölge olarak görülür. Güneş lekesinin merkezindeki siyah alan umbra olarak isimlendirilir, bu kısımda magnetik alan şiddeti en yüksek değerindedir. Umbranın çevresindeki daha açık, görülen gri bölge de penumbra olarak adlandırılır. Dünyadan gözlendiğinde lekelerin Güneş yüzeyi ile birlikte bir tam dolanımları ortalama 27 gün sürmektedir. Güneş ekvatoru civarında görülen lekeler kutuplar civarında görülenlerden daha hızlı dolanım hızına sahiptirler. Güneş lekelerinin magnetik alan yapısı ne kadar karmaşıksa patlama (flare) üretme olasılıkları da o kadar yüksektir. 300 yıl süresince Güneş lekelerinin sayısı ortalama 11 yıllık dönemler halinde düzenli olarak artmış ve azalmıştır.

Koronal delikler, Güneşin X-ışınlarında gözlenmesi sırasında geniş kara delikler halinde görülen, aylar hatta yıllarca sürebilen değişken Güneş olaylarıdır. Bu delikler Güneş yüzeyi üzerindeki tek kutuplu geniş magnetik alan hücrelerinin bulunduğu yerlerde yer alırlar. Bu hücreden yükselen magnetik alan çizgileri Güneş sisteminin içinde çok uzaklara kadar uzanır. Güneş rüzgarı, bu açık magnetik alan çizgileri boyunca çok yüksek hızlarda gezegenler arası ortamda akmaktadır. Koronal delikler leke aktivitesi çevrimine tam uymayan bir dağılıma sahiptirler. Leke maksimumunun ardından gelen yıllarda, daha fazla sayıda gözlenirler. Bu delikler aktivite çevriminin bütün evrelerinde, Güneşin kuzey ve güney kutuplarında sürekli olarak görülürler.

Enerji salınımı bakımından Güneş yüzeyi üzerinde meydana gelen en şiddetli olaylardan biri gecici enerji boşalmaları olarak tanımlayabileceğimiz Güneş patlamalarıdır. Patlamalar, yerden yapılan görsel bölge gözlemlerinde Güneş üzerinde parlak alanlar olarak, radyo bölgede yapılan gözlemlerde ise ani gürültü artışları (Radio Bursts) olarak gözlenirler. Yaşam süreleri bir kaç dakika ile bir kaç saat arasında değişir. Bunlar Güneş sistemimizde gözlenen, en şiddetli patlama olaylarıdır. Hiroşima'ya atılan bombanın yaklaşık 40 milyon katı bir enerjiye sahiptirler. Çok güçlü magnetik alanların parçalanmaları ve yeniden birleşmeleri patlamaların oluşması için gerekli olan ilk enerji kaynağını oluşturur. Gamma ışınım, X-ışınım, görsel ışınım ve radyo ışınım gibi elektromagnetik spektrumun hemen hemen her dalga boyunda ışınımda bulunurlar.

Güneş diski üzerinde bulunduklarında koyu filamentler olarak görülen Güneş prominansları, Güneş yüzeyinden yükselen magnetik alanların taşıdığı sakin bulutlar görünümündeki Güneş maddesidir. Bir çok sakin prominans yaşam sürelerinin belirli bir evresinde aktivite göstererek, uzaya önemli miktarda Güneş maddesi bırakır.

Güneş atmosferinin en dış katmanı korona çok güçlü magnetik alanlarla yapılanmıştır. Kapalı bir yapıya sahip olan bu magnetik alanlar, genellikle Güneş leke gruplarının üzerinde gelişen olaylarla birdenbire açık duruma geçebilirler. Şiddetle gelişen bu olaylar sırasında ivmelenen Güneş maddesinin hızı Güneşin çekim alanından kurtulmak için gerekli hıza (618 km/s) eriştiği andan itibaren koronal kütle atımı başlar. Büyük koronal kütle atımları sırasında atılan Güneş maddesi 10E16 gram mertebesindedir. Bu aniden gelişen çok şiddetli patlama sırasında söz konusu madde 700-1000 km/s lik hızlarla ivmelenir. Yüklü parçacıklardan oluşmuş olan bu Güneş maddesi yolu üzerindeki gezegenlere ve uzay araçlarına çarpmak üzere hızla gezegenlerarası ortama yayılır. Koronal kütle atımları genellikle bağımsız gelişen olaylar olmakla birlikte zaman zaman da Güneş patlamaları sırasında gözlenirler.

Internet ortamında bütün dünyaya bu konuda hizmet veren veri merkezleri A.B.D.'nde yoğunlaşmış bulunmaktadır. Bu kuruluşlardan biri A.B.D. "Ulusal Okyanus ve Atmosfer Dairesi"'ne (NOAA=National Oceanic and Atmospheric Administration) bağlı "Ulusal Uydu Çevresi Veri ve Bilgi Servisi" (NESDIS=National Environmental Satelite, Data and Information Service) 'dir. NOAA çevresel veri isteklerini daha iyi karşılayabilmek için üç veri merkezini ki bunlar : the National Climatic Data Center (NCDC), the National Geophysical Data Center (NGDC ) the National Oceanographic Data Center (NODC) ki bu merkezin bünyesinde the National Coastal Data Development Center (NCDDC) de vardır. NESDIS'e bağlı "Çevresel Bilgiler için Ulusal Merkezler" NCEI (National Centers for Environmental Information) bünyesinde toplamıştır.

Güneş aktivitesi, aktivitenin dünyanın yakın çevresine etkileri ve atmosferdeki sonuçları ile ilgili bütün gözlemlerin toplandığı NCEI uluslararası veri koordinasyonunu sağlayan bir merkezdir. NCEI 'nin amacı ulusların kendi bünyelerinde yaptıkları gözlemlerin entegrasyonunu sağlayarak, geniş bir kullanıcı kitlesine hizmet veren veri tabanları hazırlamaktır. A.B.D. ulusal bilim vakfı NSF (NSF=National Science Foundation) tarafından yürütülen dünya veri merkezi sistemi, bütün dünyadaki bilimsel araştırma kuruluşlarının birbirleriyle iletişimini sağlamaktadır.

Uluslararası bilgi değişimi sayesinde, bütün dünyadaki bilim insanları global veri tabanlarına erişme hakkına sahip olmaktadırlar. Dünya veri merkezine veri katkısında bulunan merkezler üretilen verilerden hiç bir ücret karşılığı olmaksızın yararlanabilmektedirler. Bilimsel çevreler arasında gönüllü işbirliğinin sürdürüldüğü alanlardan biri de Güneş aktivitesi ve jeomagnetik aktivite gözlemleridir. Bu veri merkezinde yıllık Güneş aktivitesi, jeomagnetik aktivite ve iyonosferik aktivite endekslerini bulmak mümkündür. Bilimsel araştırmalarda Güneş fizikçilerinin vazgeçemeyeceği bu merkez özellikle Güneş aktivite çevrimleriyle ilgili araştırma yapan araştırmacıların sürekli izlemesi gereken bir yerdir. Merkezin hazırladığı verilere bir örnek aşağıda gösterilmiştir.

Kandilli Rasathanesi LEKE ve 1993 yılına kadar gönderdiği PATLAMA ile ilgili verilerini bu merkeze göndermektedir. Ayrıca Güneş Leke Sayıları (Sunspot Numbers) verilerini günlük olarak "Güneş Leke Sayısı'nın üretimi korunması ve yayılması için kurulmuş olan "Güneş Leke indeksi ve Uzun Dönemli Güneş Gözlemleri (SILSO=Sunspot Index and Long-term Solar Observations) merkezine ve Amerikan Değişen Yıldız Gözlemcileri Birliği'ne (AAVSO =American Association of Variable Star Observers) göndermektedir.

Güneş aktivitesiyle birlikte uzay çevremizin günlük hatta saatlik olarak izlendiği bir merkezde NOAA 'ya bağlı "ulusal Hava Servisi'nin "çevresel tahminler için ulusal merkezler'inden biri olan uzay havası tahmin merkezidir (SWPC=Space Weather Prediction Center). Aya gidiş sırasında uzay araçlarında meydana gelen bir patlama nedeniyle Apollo 13 mürettebatı Dünya'ya dönüşte çok tehlikeli bir yolculuk yapmak zorunda kalmıştı. Dünyayı çevreleyen radyasyon kuşağına geçiş sırasında en kritik anlarda SWPC mürettabata verdiği hizmetle, verilen bu hizmetin böyle durumlarda hayati önem taşıdığını kanıtlamıştı. Tabii böylesi durumlarla her an karşılaşılmamaktadır. Uzay çevremizin ve Dünya'nın Güneş aktivitesindeki değişimlerden hangi durumlarda nasıl etkilendiği ayrıntılarıyla yukarıda anlatılmıştı. Işte bu merkez tıpkı meteorolojinin hazırladığı günlük hava tahmini raporları gibi uzay çevresiyle ilgili günlük hatta saatlik bültenler hazırlamaktadır. G üneş üzerinde meydana gelen değişim önce dünya ile Güneş arasındaki uzayı etkilemekte, daha sonra zamanla atmosfere ulaşmakta, kimi zaman da üzerinde yaşadığımız kara parçalarına kadar erişmektedir. SWPC dünya üzerinde koordinasyonunu sağladığı gözlemevlerinden topladığı günlük gözlemler, dünya çevresinde dolaşan uydularından topladığı anlık verilerle bütün bu değişimleri bünyesinde toplar ve gerekli zamanlarda ilgili çevreleri önceden uyarır. Toplanan bu verileri kullanarak sonraki günler için Güneş aktivitesi ve dünyaya etkileriyle ilgili öngörü raporları hazırlamaktadır. Bu merkez anlık uydu gözlemlerini geliştirmek ve çeşitlendirmek için sürekli yenilenme içerisindedir. Topladığı günlük veriler NGDC'nin hazırladığı aylık ve yıllık gözlem verilerinin tabanını teşkil etmektedir. Bu verilerin toplanmasına A.B.D. Ticaret Bakanlığı, Milli Güvenlik Bakanlığı, İç İşleri Bakanlığı, NASA, Milli Bilim Vakfı, Üniversiteler ve yaklaşık 100 ayrı ülke katkıda bulunmaktadır. Uyduların dolaştığı ortamda enerjik elektron, proton ve iyon ölçümleri yapan GOES uyduları enerjik elektron ölçümleri üç ayrı enerji seviyesinde ölçüm yapacak duruma getirilmiştir. Bu gelişim daha önce büyük Güneş patlamaları sırasında doyuma uğrayan X-işin detektörlerinin şimdi bu flerler sırasında daha duyarlı bilgi göndermesini sağlıyacaktır. Gerek sayısal olarak, gerek grafik ortamında bu uyduların gönderdiği verileri her beş dakikada bir yenilenmiş olarak Internet içerisinde 24 saat boyunca bu merkezden elde etmek mümkündür. Dünya ile Güneş arasına Güneşi sürekli olarak görebileceği bir yörüngeye yerleştirilen WIND adlı bir uydu ile Güneş rüzgarı ölçümleri yapılmaktadır. Uydu öyle bir mesafeye yerleştirilmiştir ki Güneş rüzgarındaki değişimleri yarım saat ile bir saat içerisinde dünyaya iletecektir. Yeni devreye giren ACE adlı uydu ile yapılan gözlemler alarm verilme süresini daha da önceye çekmiştir. Böylece jeomagnetik fırtınalara karşı erken önlem alabilme imkanı yaratılacaktır. Yeni bir uygulama ile dinamik web sayfalarıyla sürekli yenilenen bu verilere de Internet içerisinde erişmek mümkündür.

Geçtiğimiz Güneş çevrimleri sırasında Güneşte meydana gelen patlamaların günlük olarak izlenebileceği "flare indeksi" veya "Güneş patlaması endeksi" Güneş Fiziği Laboratuvarı tarafından hesaplanmaktadır. 1976 yılından itibaren hesaplanmış sayısal değerleri ve grafikleri burada bulabilirsiniz.

Solar-Terrestrial Predictions-IV Proceedings of a workshop at Ottowa, Canada May 18-22, 1992.